基于容错策略的小麦小区播种控制系统设计与试验.pdf

摘要

小区播种机作为现代农业装备的一种，广泛应用于小区种植、科研试验、农业生

产等领域。随着人们对小区播种质量的要求的提高，小区播种机的研究也在不断深入。

目前，我国小麦小区播种机播种精度和播种效率相对较低，播种控制精度不高，不足

以为农业的发展带来更高的经济效益和社会效益，为此，本文设计了一种基于容错策

略的小麦小区播种机电控播种系统，具体研究内容如下：

(1)研究制约小麦小区播种机播种精度与效率的影响因素，以XBJ-150型小区播

种机为研究平台，确定了小麦小区播种整机结构以及配套的电控系统，提出小麦小区

播种机总体方案设计，确定北斗定位系统定位方式和报文协议。

(2)对小麦小区播种机存种系统进行设计。以存种筒为研究对象，确定存种筒相

关的试验因素为存种筒上升高度L、存种筒直径D、存种筒上升速度V，通过EDEM

和DSP软件进行试验参数分析，获取各试验因素对变异系数影响敏感度，通过

Matlab/Simulink软件对参数进行优化设计，确定最优的参数组合，开展台架试验验证

所建立的参数组合的有效性。

(3)STM32C

对小麦小区播种机排种系统进行设计。以控制器为核心，通过语

言控制，对排种系统开展硬件选型和软件设计，包括微处理器选型、电源电路设计、

锥体格盘模块设计、离心分种模块设计和人机交互模块设计。

(4)针对北斗报文异常导致播种精度下降的问题，本文提出一种基于容错策略的

小麦小区播种控制系统，以实现当北斗报文出现丢失、数值突增或突减情况时对数据

播种机行进速度进行修正，避免因北斗报文异常造成播种精度下降的问题；采用基于

改进的粒子群算法的模糊神经网络PID算法(PSO-PID)对步进电机进行精准控制，仿

真试验结果验证所提出的容错策略和PID算法的有效性。

(5)为了验证所提出的PSO-PID算法和容错策略的有效性进行台架试验验证，结

果表明，PSO-PID算法比传统的控制算法到达稳态的时间最短，添加容错策略后各行

排量有很大的改善，证明了PSO-PID算法和容错策略在实际应用中的有效性；在此

基础上，开展小麦小区田间播种作业，结果显示，小区长度为4m、5m、6m时的多

行和单行播种均匀性变异系数均满足作业要求。

关键词：小麦小区播种机；存种系统；排种系统；容错策略；PSO-PID算法

II

目录

第一章绪论1

1.1课题来源1

1.2研究背景与意义1

1.3国内外研究现状2

1.3.1小区播种机结构设计研究现状2

1.3.2小区播种机控制系统研究现状6

1.4主要研究内容及技术路线9

1.4.1研究内容9

1.4.2技术路线10

第二章播种控制系统总体方案设计11

2.1影响小麦小区播种机播种效果因素11

2.2总体方案设计11

2.2.1研究对象选择11

2.2.2电控系统设计12

2.2.3控制播种机构设计13

2.3北斗定位系统分析14

2.3.1差分定位选择14

2.3.2NMEA0183协议15

2.4本章小结16

第三章小麦小区播种机存种系统设计17

3.1存种装置结构和工作原理17

3.2种子运动分析17

3.3存种装置仿真试验19

3.3.1小麦种子模型建立19

3.3.2存种结构模型建立20

3.3.3仿真参数设定20

3.3.4试验设计21

3.4存种装置台架试验25

3.5本章小结27

第四